KR20200130283A - 극호염성 유기체를 사용한 생물학적 전처리에 의한 알칼리 황산염 풍부 폐수의 재생 - Google Patents

Abstract

본 발명은 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포, 및 수성 조성물의 총 부피를 기준으로 하여 적어도 30 g/l의 농도의 알칼리 황산염을 포함하는 수성 조성물에 관한 것이다. 추가로 본 발명은 폐수를 수득하거나 또는 제공하고, 상기 폐수를 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포와 접촉시키며, 그에 의해 적어도 30 g/l의 농도의 알칼리 황산염을 포함하는 수성 조성물을 생성하고, 상기 수성 조성물을 폐수의 처리를 가능하게 하는 조건 하에 인큐베이션하는 것을 포함하는, 폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다.

Description

극호염성 유기체를 사용한 생물학적 전처리에 의한 알칼리 황산염 풍부 폐수의 재생

본 발명은 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포, 및 수성 조성물의 총 부피를 기준으로 하여 적어도 30 g/l의 농도의 알칼리 황산염을 포함하는 수성 조성물에 관한 것이다. 추가로 본 발명은 알칼리 황산염을 포함하는 폐수를 수득하거나 또는 제공하고, 상기 폐수를 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포와 접촉시키며, 그에 의해 적어도 30 g/l의 농도의 알칼리 황산염을 포함하는 수성 조성물을 생성하고, 상기 수성 조성물을 폐수의 처리를 가능하게 하는 조건 하에 인큐베이션하는 것을 포함하는, 알칼리 황산염을 포함하는 폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다.

황산나트륨의 용액은 나트륨 화합물의 황산과의 또는 이산화황 및 산소와의 수많은 반응에서 생성된다. 이들 용액 뿐만 아니라 다른 알칼리 황산염 (예컨대 황산칼륨 또는 황산리튬)의 용액도 수질 오염을 방지하기 위해 처리되어야 한다.

황산염 풍부 폐수의 처리는 물리-화학적 방법 (예컨대 황산염의 추출 또는 침전) 또는 생물학적 처리 (예컨대 황산염 환원 박테리아의 사용)를 포함한다. 그러나, 이들 방법은 복잡하고, 부분적으로 극도의 희석을 요구하며, 다량의 에너지 및/또는 화학물질을 사용한다. 종래의 처리의 목적은 황산염을 생태학적으로 덜 유해한 성분으로 전환시켜 환경으로 배출하는 것이다.

종래의 생물학적 처리에서 황산염은 황산염 환원 박테리아에 의해 분해되어 황화물을 형성한다. 폐수 중의 유기 불순물은 통상적인 메탄 생성 박테리아로 분해된다. 그러나, 이러한 방법은, 통상적인 유기체의 활성을 뚜렷하게 억제하며 만족스럽지 않은 COD (화학적 산소 요구량) 제거 성능을 초래하는 것으로 제시된 황화물을 생성한다. 따라서, 황화물 함량을 감소시키기 위해 추가의 정제 단계 예컨대 스트리핑이 요구될 수도 있다 (Yamaguchi et al., 1999).

지금까지의 종래의 생물학적 처리는 리터당 5 g 이하의 황산나트륨 농도를 갖는 폐수의 처리만을 가능하게 한다 (참조: Vallero et al., 2005, Yamaguchi et al. 1999, 또는 Saritpongteeraka, et al. 2008). 원칙적으로, 폐수 중의 보다 고농도의 황산나트륨은 생물학적 활성을 억제한다. 황산염-풍부 폐수의 생물학적 처리를 가능하게 하기 위해, 현재 황산염의 함량은 물리-화학적 전처리 단계에 의해 감소된다.

예를 들어, US 5,346,620에는 유기 용매를 사용한 황산염의 추출에 의한 황산나트륨 풍부 (> 20% (w/v)) 폐수의 처리 방법이 개시되어 있다. 황산나트륨을 제거한 후에, 폐수는 TOC (총 유기 탄소)의 제거 및 유기 질소의 감소를 위해 활성 슬러지에 의해 생물학적으로 처리된다.

상기 언급된 미국 특허와 달리, 본 발명의 개념은 사전 처리를 수반하지 않는 황산염 풍부 폐수 (> 30 g/L)의 생물학적 처리이다. 높은 황산염 농도는 높은 삼투압을 초래하기 때문에, 고삼투압성 환경에서 생존하는 것으로 공지된 미생물: 호염성 미생물이 사용된다. 호염성 미생물을 연구하는 실험은 일반적으로 고농도의 NaCl 상에서 수행된다. 본 발명의 기본적인 생각은 유기체를 높은 NaCl 농도 대신에 높은 황산나트륨 농도에서 생존하게 하는 것이다. 배지 중의 양이온 또는 음이온의 변화에 대한 호염성 세포의 반응은 거의 연구되지 않았다. 한 가지 예외가, NaCl이 KCl 또는 NaNO₃에 의해 대체된 배지 상에서 중호염성 박테리아 살리니비브리오(Salinivibrio) 종을 배양한 아무제가(Amoozegar) 등에 의해 제시되었다 (Amoozegar et al., 2008). KCl의 경우에는 성장이 억제되었지만, NaNO₃의 경우에는 세포가 높은 세포 밀도를 제시하였다. 그러나, NaNO₃의 경우에 리파제 생산이 크게 저해되었는데, 이는 음이온/양이온의 교환이 효소 생산에 있어서 예측할 수 없는 결과를 가질 수 있음을 나타낸다. 극호염균에서의 삼투물질의 메카니즘 및 상호작용이 아직 잘 이해되지 않고 있다.

황산염-풍부 배지 상에서의 호염성 미생물의 성장은 문헌에 거의 보고되어 있지 않다. 아무제가 등에 의해 15% (w/v) 이하의 황산나트륨을 함유하는 배지에서 성장하는 중등 할로바실루스(Halobacillus) 종 균주 MA-2가 기재되었다 (Amoozegar et al., 2003). 할로바실루스는 고농도의 황산나트륨 중에서 성장될 때 모든 샘플에서 상당한 성장을 제시하였으며 증가된 아밀라제 생산을 제시하였다. 그러나, 동일한 그룹으로부터의 후속 발표는 염화나트륨이 황산나트륨에 의해 대체되었을 때 할로바실루스 MA-2의 성장이 뚜렷하게 억제되었음을 제시하였다 (Karbalaei-Heidari et al., 2009). 활성 산물의 형성도 2 M 황산나트륨에 의해 0 단위/mL로 저하되었다. 상기 예시는 높은 황산염 농도에 대한 미생물의 반응이 예측하기 어렵고 높은 황산염 농도에서의 호염성 미생물의 대사 활성이 명확하지 않음을 제시한다.

막 전기분해 공정은 염화나트륨을 함유하는 용액의 전기분해에 통상적으로 사용되지만, 또한 Na₂SO₄의 황산 및 NaOH로의 절단에도 사용될 수 있다. 따라서, 폐수는 원칙적으로 황산나트륨 전기분해에 의해 처리될 수 있다. 그러나, 막 전기분해는 용액의 TOC (총 유기 탄소)가 특정 한계치 미만인 경우에만 가능하다. 보다 고농도의 유기 성분은 막 전기분해 셀에서 혼동 요인으로 작용한다.

유리하게도, 본 발명의 기저를 이루는 연구에서 고농도의 황산나트륨을 갖는 용액의 총 유기 탄소 함량이 호염성 미생물에 의해 감소될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 호염성 미생물은 고농도의 황산나트륨을 갖는 폐수의 처리를 위한 가치있는 도구이다. 추가로, 호염성 미생물은 또한 고농도의 다른 알칼리 황산염 예컨대 황산리튬 또는 황산칼륨을 갖는 폐수의 처리를 위한 도구일 수 있다. 호염성 미생물에 의한 폐수의 처리 후에, 즉, TOC 함량을 감소시킨 후에, 처리된 폐수는 전기영동에 추가로 적용될 수 있다. 황산나트륨 풍부 폐수의 경우에, 폐수의 황산나트륨 함량이 감소되고 NaOH, 황산, 산소 및 수소가 생성된다.

본 발명의 발견에 기초하여, 높은 알칼리 황산염 함량을 갖는 폐수 스트림을 재생시키는 것이 가능하다. 제1 단계에서, 알칼리 황산염-풍부 폐수, 예를 들어 황산나트륨-풍부 폐수는 유기 오염물의 분해를 위해 생물학적으로 처리된다. 그 결과 총 유기 탄소 (TOC)가 감소된다. 공정의 제2 단계에서 폐수 중의 알칼리 황산염, 예를 들어 황산나트륨-풍부 폐수의 경우에 Na₂SO₄는, 예를 들어 황산 및 수산화나트륨으로 전기화학적으로 절단된다. 사전 생물학적 처리의 부재 하에서는, 산업 폐수로부터의 유기 성분이 매우 신속히 막 오손을 유발할 것이다. 그 결과 전력 소비가 뚜렷하게 증가할 것이고 나트륨 이온의 이동은 저하될 것이다. 시스템의 고빈도의 퍼징이 필요할 것이다. 제시된 2-단계 공정으로 황산염 풍부 폐수의 효율적인 재생이 유리하게 달성될 수 있다.

이러한 처리의 주요 이점은 화학적 성분이 폐기되는 대신에 자원 순환으로 되돌아 간다는 것이다. 황산나트륨 풍부 폐수의 경우에, 화학물질 NaOH, 황산, 수소 및 산소가 폐기물 스트림으로부터 생성된다. 폐기물-가치-전환 접근법은, 적용되는 경우에, 확립된 폐기 방법과 비교하여 경제적 및 생태학적 인자의 관점에서 유익할 것이다. 본 발명은 황산염 풍부 폐수의 저렴하고, 신속하며, 효율적인 재생 공정의 달성을 돕는다. 사용되는 유기체의 호극성 특색이 멸균 가공을 요구하지 않는다. 이는 공정의 비용 및 관리 용이성의 관점에서 이점이 된다.

발명의 간단한 요약

본 발명은 하기를 포함하는 수성 조성물로서:

(a) 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포, 및

(b) 알칼리 황산염

여기서 수성 조성물 중의 알칼리 황산염의 농도는 수성 조성물의 총 부피를 기준으로 하여 적어도 30 g/l인

수성 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 한 실시양태에서, 알칼리 황산염은 황산나트륨 (Na₂SO₄)이다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서, 알칼리 황산염은 황산리튬 (Li₂SO₄)이다. 본 발명의 추가의 실시양태에서, 알칼리 황산염은 황산칼륨 (K₂SO₄)이다.

본 발명의 한 실시양태에서, 수성 조성물 중의 알칼리 황산염 예컨대 황산나트륨의 농도는 적어도 50 g/l이고, 특히 수성 조성물 중의 알칼리 황산염의 농도는 수성 조성물의 총 부피를 기준으로 하여 100 g/l 내지 150 g/l이다.

본 발명의 한 실시양태에서, 호염성 미생물은 호염성 고세균이다. 특히, 호염성 고세균은 할로박테리아시이(Halobacteriaceae) 과에 속하는 고세균이다.

본 발명의 조성물의 특히 바람직한 실시양태에서, 호염성 고세균은 할로페락스 메디테라네이(Haloferax mediterranei), 할로페락스 종 D1227, 할로페락스 볼카니이(Haloferax volcanii), 할로페락스 알렉산드리네스(Haloferax alexandrines), 할로페락스 추디노비이(Haloferax chudinovii), 할로페락스 데니트리피칸스(Haloferax denitrificans), 할로페락스 엘롱간스(Haloferax elongans), 할로페락스 지본시이(Haloferax gibbonsii), 할로페락스 라르세니이(Haloferax larsenii), 할로페락스 루센텐스(Haloferax lucentense), 할로페락스 메디테라네이, 할로페락스 뮤코숨(Haloferax mucosum), 할로페락스 프라호벤세(Haloferax prahovense) 및 할로페락스 술푸리폰티스(Haloferax sulfurifontis)로 이루어진 군으로부터 선택된다.

또 다른 바람직한 실시양태에서, 호염성 고세균은 나트로노박테리움 그레고리이(Natronobacterium gregoryi)이다.

본 발명의 조성물의 또 다른 바람직한 실시양태에서, 호염성 미생물은 호염성 박테리아이고, 특히 호염성 박테리아는 할로모나스(Halomonas) 속에 속하는 박테리아, 바람직하게는 할로모나스 오르가니보란스(Halomonas organivorans), 할로모나스 종 MA-C, 할로모나스 알리멘타리아(Halomonas alimentaria), 할로모나스 할로필라(Halomonas halophila), 할로모나스 마우라(Halomonas maura), 할로모나스 살리나(Halomonas salina), 할로모나스 유리할리나(Halomonas eurihalina)이다.

본 발명의 한 실시양태에서, 수성 조성물은 호염성 미생물의 성장을 가능하게 하는 적어도 1종의 화합물, 특히 글리세롤, 아세테이트, 글루코스, 수크로스, 락테이트, 말레이트, 숙시네이트, 또는 시트레이트를 추가로 포함한다.

본 발명의 한 실시양태에서, 수성 조성물은 적어도 1종의 유기 오염물 예컨대 포르메이트, 페놀, 또는 아닐린을 추가로 포함한다.

본 발명의 수성 조성물의 한 실시양태에서, 수성 조성물은 적어도 50 mg/l의 TOC 함량을 갖는다.

본 발명의 수성 조성물의 한 실시양태에서, 호염성 미생물은 수성 조성물 중에서 성장하고 있다.

본 발명은 또한 본 발명의 수성 조성물을 포함하는 생물반응기에 관한 것이다.

추가로 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다:

(a) 알칼리 황산염을 포함하는 폐수를 수득하거나 또는 제공하는 단계,

(b) 상기 폐수를 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포와 접촉시키며, 그에 의해 본 발명에 따른 수성 조성물을 생성하는 단계, 및

(c) 상기 수성 조성물을 폐수의 처리를 가능하게 하는 조건 하에 인큐베이션하는 단계.

본 발명의 방법의 바람직한 실시양태에서, 단계 b)에서 생성된 수성 조성물은 적어도 1종의 유기 오염물을 포함한다.

본 발명의 방법의 바람직한 실시양태에서, 폐수의 처리는 상기 폐수의 총 유기물 함량의 감소 및/또는 상기 폐수에 포함된 적어도 1종의 유기 오염물의 양의 감소를 포함한다.

본 발명의 방법의 바람직한 실시양태에서, 방법은 처리된 폐수로부터 세포를 분리하여 처리된 폐수의 여액을 수득하고, 처리된 폐수의 수득된 여액을 알칼리 황산염 전기분해, 특히 황산나트륨 전기분해에 적용하는 단계를 추가로 포함한다.

마지막으로, 본 발명은 상기 폐수의 총 유기 탄소 함량 및/또는 본 발명에 따른 수성 조성물 중의 적어도 1종의 유기 오염물의 양을 감소시키기 위한, 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포의 용도에 관한 것이다.

발명의 상세한 요약

상기 제시된 바와 같이, 본 발명은 하기를 포함하는 수성 조성물로서:

(a) 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포, 및

(b) 알칼리 황산염 (예컨대 황산나트륨 (Na₂SO₄))

여기서 수성 조성물 중의 알칼리 황산염의 농도는 적어도 30 g/l인

수성 조성물에 관한 것이다.

알칼리 황산염은 바람직하게는 황산나트륨 (Na₂SO₄), 황산리튬 (Li₂SO₄), 또는 황산칼륨 (K₂SO₄)이다.

본 발명에 따른 수성 조성물은 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 호염성 미생물은 호염성 고세균 (아르키박테리움(archaebacterium))이다. 바람직하게는, 호염성 고세균은 할로박테리아(Halobacteria) 강에 속하는 호염성 고세균이다. 보다 바람직하게는, 호염성 고세균은 할로박테리아레스(Halobacteriales) 목에 속하는 고세균이다. 보다 더 바람직하게는, 호염성 고세균은 할로박테리아시이 과에 속하는 고세균이다. 가장 바람직하게는, 호염성 고세균은 할로페락스 속에 속하는 고세균이다.

할로페락스 속에 속하는 여러 종, 예를 들어 할로박테리움 살리나룸(Halobacterium salinarum), 할로페락스 볼카니이, 할로페락스 알렉산드리네스, 할로페락스 추디노비이, 할로페락스 데니트리피칸스, 할로페락스 엘롱간스, 할로페락스 지본시이, 할로페락스 라르세니이, 할로페락스 루센텐스, 할로페락스 메디테라네이, 할로페락스 뮤코숨, 할로페락스 프라호벤세 및 할로페락스 술푸리폰티스가 문헌에 기재되어 있다. 따라서, 본 발명의 수성 조성물의 세포는 이들 종 중 어느 하나에 속하는 것으로 고려된다.

특히, 호염성 고세균은 할로페락스 메디테라네이 (본원에서 "HFX"로 약기됨)이다. 상기 종은 문헌 [Rodriguez-Valera, F., Juez, G., Kushner, D. J. (1983). Halobacterium mediterranei sp. nov., a new carbohydrate-utilizing extreme halophile. Syst.Appl.Microbiol. 4 : 369-381]에 기재되어 있다. 상기 문헌은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 추가로, 상기 균주는 DSM (도이체 잠룽 폰 미크로오르가니스멘 운트 첼쿨투렌(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen), 독일 브라운슈바이크 소재)에 DSM 번호 1411로 기탁되어 있다. 이 균주를 배양하는 방법은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다. 예를 들어, 적합한 배양 조건은 예를 들어 이 균주에 대한 DSMZ 데이터베이스로부터 사정될 수 있다.

또 다른 바람직한 실시양태에서, 호염성 고세균은 나트로노모나스(Natronomonas) 속에 속하는 고세균이다. 나트로노모나스는 할로박테리아시이의 하나의 속이다. 바람직하게는, 나트로노모나스 속에 속하는 고세균은 엔. 물라펜시스(N. moolapensis)이다. 보다 바람직하게는, 나트로노모나스 속에 속하는 고세균은 엔. 파라오닉(N. pharaonic)이다 (Kamekura M, et al. (1997). Int. J. Syst. Bacteriol. 47 (3): 853-857).

또 다른 바람직한 실시양태에서, 호염성 고세균은 나트로노박테리움 그레고리이이다. 상기 균주는 DSM (도이체 잠룽 폰 미크로오르가니스멘 운트 첼쿨투렌, 독일 브라운슈바이크 소재)에 DSM 번호 3393으로 기탁되어 있다.

또 다른 바람직한 실시양태에서, 호염성 미생물은 호염성 박테리아이다. 바람직하게는, 호염성 박테리아는 감마프로테오박테리아(Gammaproteobacteria) 강에 속하는 호염성 박테리아이다. 보다 바람직하게는, 호염성 박테리아는 오세아노스피릴라레스(Oceanospirillales) 목에 속하는 박테리아이다. 보다 더 바람직하게는, 호염성 박테리아는 할로모나다시이(Halomonadaceae) 과에 속하는 박테리아이다. 가장 바람직하게는, 호염성 박테리아는 할로모나스 속에 속하는 박테리아이다. 바람직한 할로모나스 균주 뿐만 아니라 균주의 성장을 위한 바람직한 배지는 예를 들어 문헌 [Mata, J.A., Martinez-Canovas, J., Quesada, E., Bejar, V., 2002. A Detailed Phenotypic Characterisation of the Type Strains of Halomonas Species. Systematic and Applied Microbiology 25, 360-375]에 개시되어 있으며, 이 문헌은 그의 전체 개시 내용과 관련하여 본원에 참조로 포함된다. 바람직하게는, 호염성 박테리아는 할로모나스 오르가니보란스, 할로모나스 종 MA-C, 할로모나스 알리멘타리아, 할로모나스 할로필라, 할로모나스 마우라, 할로모나스 살리나, 할로모나스 유리할리나이다.

가장 바람직한 할로모나스 균주는 할로모나스 오르가니보란스 및 할로모나스 종 MA-C이다. 이들 균주는 둘 다 과학 문헌에 기재되어 있다. 균주 MA-C는 예를 들어 문헌 [Azachi et al., Can. J. Microbiol., vol. 41 (1995): 548-553] 및 [Oren et al., Biodegradation (1992), 3: 387-398]에 기재되었으며, 이들 문헌은 둘 다 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 균주 MA-C는 DSM (도이체 잠룽 폰 미크로오르가니스멘 운트 첼쿨투렌, 독일 브라운슈바이크 소재)에 DSM 7328로서 기탁되어 있다.

바람직하게는, 호염성 미생물은 할로바실루스 종 균주 MA-2가 아니다. 따라서, 본 발명의 조성물은 할로바실루스 종 균주 MA-2의 세포를 포함하지 않는다.

본 발명의 수성 조성물은 바람직하게는 수성 용액 중의 호염성 미생물의 세포의 현탁액이다. 수성 용액은 바람직하게는 폐수로 주로 구성된다. 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 폐수는 바람직하게는 유기 화합물을 포함한다. 실시양태에서, 폐수는 화학적 또는 생물학적 생산 공정으로부터 유래한다. 바람직하게는, 수성 용액은 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 알칼리 황산염의 농도를 갖는다.

따라서 본 발명의 조성물은 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포를 상기 명시된 바와 같은 농도의 (예를 들어 적어도 30 g/l의 농도의) 알칼리 황산염을 포함하는 폐수와 접촉시킴으로써 (예를 들어 혼합함으로써) 수득될 수 있다. 더욱이, 세포의 성장을 가능하게 하는 기질, 영양소 및 미량 원소가 조성물에 첨가될 수 있다. 추가로, 폐수는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 특정 pH로 가공될 수 있다 (바람직하게는 폐수를 세포와 접촉시키기 전에).

알칼리 황산염을 포함하는 폐수는 관련 기술분야에 널리 공지되어 있으며, 예를 들어 화학적 또는 생물학적 생산 공정으로부터 유래할 수 있다. 예를 들어, 황산나트륨을 포함하는 폐수는 문헌 [ULLMANN'S Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012, Vol. 33, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, DOI: 10.1002/14356007.a24_355]에 기재되어 있으며, 특히 389면의 표 4를 참조한다. 바람직하게는 폐수는 비스코스-섬유 방사 배스로부터의 폐수, 중크로뮴산나트륨 생산으로부터의 폐수, 아스코르브산 생산으로부터의 폐수, 붕산 생산으로부터의 폐수, 이산화염소 생산으로부터의 폐수, 히드록실아민 생산으로부터의 폐수, 탄산리튬 생산으로부터의 폐수, 황산 폐기물의 중화로부터의 폐수, 황철광 배소 및 배소재의 염소화로부터의 폐수, 및 연도 가스의 탈황으로부터의 폐수로부터 선택된다.

본 발명의 조성물 중의 호염성 미생물 세포의 바이오매스 농도는 바람직하게는 적어도 0.1 g/l, 보다 바람직하게는 적어도 1 g/l, 가장 바람직하게는 적어도 2 g/l이다. 본원에 사용된 용어 "바이오매스"는 건조 바이오매스를 의미한다. 따라서, 이 용어는 호염성 미생물 세포의 건조 질량을 지칭한다. 한 실시양태에서, 조성물은 호염성 미생물을 약 10⁶ 내지 약 10¹² 콜로니 형성 단위로 포함한다. 본 발명의 조성물에 포함된 세포는 생존해 있어야 하며, 즉, 살아 있는 세포여야 한다. 세포가 생존해 있는지 또는 그렇지 않은지를 사정하는 방법은 널리 공지된 방법에 의해 사정될 수 있다.

본 발명의 수성 조성물의 바람직한 실시양태에서, 호염성 미생물은 수성 조성물 중에서 성장한다. 따라서, 호염성 미생물은 생존해 있어야 할 뿐만 아니라, 또한 성장하여야 한다. 호염성 미생물의 성장은 TOC 함량의 감소 및/또는 (본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은) 조성물에 포함된 유기 오염물 (예컨대 페놀, 포르메이트 및/또는 아닐린)의 함량의 감소를 가능하게 한다. 바람직하게는, 호염성 미생물은 적어도 0.005 h^-1의 성장 속도 μ로 성장한다. 따라서, 조성물 중의 세포의 배가 시간은 139시간 또는 139시간 미만이며, 예를 들어 5 내지 139시간의 범위 내에 있다. 또한 바람직하게는, 성장 속도 μ는 0.005-0.3 h^-1의 범위 내에 있으며, 특히 0.008-0.02 h^-1의 범위 내에 있다. 따라서, 본 발명의 조성물 중의 세포의 배가 시간은 바람직하게는 2.3 내지 139시간의 범위 내에 있으며, 특히 32.5 내지 87시간의 범위 내에 있다.

본 발명의 조성물은 바람직하게는 적어도 30 g/l의 농도로, 보다 바람직하게는 50 g/l의 농도로, 가장 바람직하게는 100 g/l의 농도로 알칼리 황산염 예컨대 황산나트륨을 포함한다. 본 발명의 기저를 이루는 연구에서, 50 내지 400 g/l의 황산나트륨 농도가 시험되었다 (실시예 섹션 참조). 시험된 미생물의 성장이 50 내지 250 g/l의 농도에서 관찰되었다. 최상의 결과는 100 내지 150 g/l의 황산나트륨 농도에서 얻어졌다. 따라서, 조성물 중의 황산나트륨의 농도는 바람직하게는 50 내지 250 g/l, 보다 바람직하게는 100 내지 150 g/l이다. 본원에 주어진 농도는 바람직하게는 본 발명의 수성 조성물의 총 부피를 기준으로 한 것이다.

관련 기술분야에 따르면, 호염성 미생물은 성장을 위해 고농도의 NaCl을 요구한다. 예를 들어, 실시예에서 시험된 균주인 할로페락스 메디테라네이는 성장을 위해 적어도 60 g/l의 NaCl 농도를 요구하는 것으로 기재된 바 있다. 유리하게도, 본 발명의 기저를 이루는 연구의 맥락에서 할로페락스 메디테라네이는 조성물 중에 NaCl이 전혀 없어도 본원에 정의된 바와 같은 수성 조성물 중에서 성장할 수 있는 것으로 제시되었다.

따라서, 본 발명의 한 실시양태에서, 조성물은 NaCl을 포함하지 않거나, 또는 성장을 위해 통상적으로 요구되는 NaCl 농도보다 훨씬 적은 농도의 NaCl을 포함한다. 바람직하게는, 조성물은 50 g/l 미만의 염화나트륨, 보다 바람직하게는 25 g/l 미만의 염화나트륨, 보다 더 바람직하게는 10 g/l 미만의 염화나트륨을 추가적으로 포함한다.

또한, 조성물이 염화나트륨 및 알칼리 황산염 둘 다를 포함한다면, 시험된 균주가 성장할 수 있는 것으로 제시되었다. 따라서, 염화나트륨은 알칼리 황산염에 추가적으로, 특히 황산나트륨에 추가적으로 조성물에 존재할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시양태에서, 조성물은 NaCl을 추가로 포함할 수 있으며, 즉, 알칼리 황산염 (예컨대 황산나트륨)에 추가적으로 NaCl을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 조성물은 적어도 50 g/l의 NaCl, 특히 적어도 100 g/l의 NaCl을 추가적으로 포함한다.

수성 조성물의 조성물의 pH는 적어도 1종의 호염성 미생물의 세포의 생존력을 유지하기 위해 조정되어야 한다. 특히, 조성물의 pH는 호염성 미생물의 성장 및/또는 TOC 함량 또는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 유기 오염물의 감소를 가능하게 하여야 한다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물의 pH 값은 4 내지 9의 범위, 보다 바람직하게는 6.0 내지 8.2의 범위, 보다 더 바람직하게는 6.2 내지 7.6의 범위, 가장 바람직하게는 6.8 내지 7.4의 범위에 있다. 최적의 pH 값은 7.0이다. 이들 값을 달성하기 위해, 조성물은 적합한 중화 작용제로 중화될 수 있다.

호염성 미생물이 본원에서 상기 기재된 바와 같은 조성물 중에서 성장할 수 있기 때문에, 이는 총 유기물 함량 (TOC)의 감소를 위한, 따라서 황산염 풍부 폐수의 처리를 위한 가치있는 도구이다. 사용되는 균주에 따라, 폐수 중의 특정 유기 오염물의 양도 마찬가지로 감소될 수 있다. 예를 들어, HFX는 본원에 정의된 바와 같은 황산염 풍부 조성물 중에서 포르메이트 및 페놀을 환원성 분해시킬 수 있는 것으로 제시되었다.

따라서, 본 발명의 조성물은 적어도 1종의 유기 오염물을 추가로 포함할 수 있다. 적어도 1종의 유기 오염물은 호염성 미생물의 세포에 의해, 예를 들어 할로페락스에 의해 분해되어야 한다. 바람직한 실시양태에서, 적어도 1종의 유기 오염물은 당, 당 알콜, 유기 산, 폴리사카라이드, 단백질 또는 방향족 유기 화합물 (예컨대 페놀 또는 아닐린)일 수 있다. 보다 더 바람직한 실시양태에서, 유기 오염물은 포르메이트, 페놀, 및 아닐린으로부터 선택된다.

예를 들어, 조성물은 바람직하게는 적어도 10 mg/l의 양으로, 보다 바람직하게는 적어도 30 mg/l의 양으로, 가장 바람직하게는 적어도 100 mg/l의 양으로 포르메이트를 포함한다 (바람직하게는, 조성물의 총 부피 기준).

예를 들어, 조성물은 바람직하게는 적어도 0.5 mg/l의 양으로, 보다 바람직하게는 적어도 2 mg/l의 양으로, 가장 바람직하게는 적어도 5 mg/l의 양으로 아닐린을 포함한다 (바람직하게는, 조성물의 총 부피 기준).

예를 들어, 조성물은 바람직하게는 적어도 1 mg/l의 양으로, 보다 바람직하게는 적어도 5 mg/l의 양으로, 가장 바람직하게는 적어도 10 mg/l의 양으로 페놀을 포함한다 (바람직하게는, 조성물의 총 부피 기준).

본 발명의 조성물의 총 유기 탄소 함량 ("TOC")은 바람직하게는 적어도 50 mg/l의 TOC, 보다 바람직하게는 적어도 75 mg/l의 TOC, 가장 바람직하게는 적어도 100 mg/l의 TOC이다. TOC는 관련 기술분야에 널리 공지된 방법에 의해 측정될 수 있다. 한 실시양태에서, TOC 값은 고온 촉매 산화에 의해 결정된다. 샘플 중의 유기 탄소가 플라틴 촉매를 사용함으로써 산화된다. 생성된 이산화탄소 가스는 비분산 적외선 (NDIR) 검출기에 의해 측정된다.

본 발명에 따른 총 유기 탄소 함량은 호염성 미생물의 세포를 포함하지 않는다. 따라서 TOC의 측정은 조성물로부터의 세포의 분리를 요구할 수 있다. 예를 들어, TOC는 여과 후에 수득된 조성물의 투명 여액에서 측정될 수 있다.

본 발명의 조성물은 바람직하게는 조성물에서의 호염성 미생물의 세포의 성장을 가능하게 하는 영양소 및 미량 원소를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 조성물은 영양소로서 적어도 1종의 인 공급원, 적어도 1종의 질소 공급원, 적어도 1종의 칼륨 공급원 및 적어도 1종의 마그네슘 공급원을 포함한다. 추가로, 조성물은 미량 원소로서 철, 구리, 아연, 망가니즈 및 코발트를 포함할 수 있다.

영양소 및 미량 원소의 적합한 농도는 통상의 기술자에 의해 그 이상의 어려움 없이 결정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 조성물은 하기 중 1종 이상을 포함할 수 있다:

(a) 0.5 내지 3 g/l, 예를 들어 1.5 g/l의 농도의 NH₄Cl

(b) 0.05 내지 0.5 g/l, 예를 들어 0.15 g/l의 농도의 KH₂PO₄

(c) 0.5 내지 3 g/l, 예를 들어 1.3 g/l의 농도의 MgCl₂ * 6 H₂O

(d) 0.1 내지 2 g/l, 예를 들어 0.55 g/l의 농도의 CaCl₂ * 2 H₂O

(e) 0.5 내지 3 g/l, 예를 들어 1.66 g/l의 농도의 KCl

(f) 0.5 내지 3 g/l, 예를 들어 1.15g/l의 농도의 MgSO₄.7H₂O

(g) 0.001 내지 0.1 g/l, 예를 들어 0.005 g/l의 농도의 FeCl₃

(h) 0.1 내지 2 g/l, 예를 들어 0.5 g/l의 농도의 KBr

(i) 0.001 내지 0.1 g/l, 예를 들어 0.003 g/l의 농도의 MnCl₂.4H₂O

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 조성물은 기질을 추가로 포함한다. 상기 기질은 호염성 미생물의 세포의 성장을 가능하게 하여야 한다. 화합물이 미생물의 성장을 가능하게 하는지 또는 그렇지 않은지의 여부는 통상의 기술자에 의해 그 이상의 어려움 없이 사정될 수 있다. 바람직하게는, 상기 기질은 탄수화물이고, 보다 바람직하게는 상기 기질은 글리세롤, 유기 산 또는 당이고, 보다 바람직하게는 기질은 글리세롤, 아세테이트, 글루코스, 수크로스, 락테이트, 말레이트, 숙시네이트, 및 시트레이트로부터 선택된다. 특정한 바람직한 실시양태에서, 기질은 글리세롤이다.

본 발명의 조성물의 한 실시양태에서, 조성물은 0.5 g/l 내지 10 g/l, 특히 0.5 g/l 내지 5 g/l의 상기 기질 예컨대 글리세롤을 포함한다.

영양소, 미량 원소 및 임의적으로 기질은 본원의 다른 곳에 명시된 바와 같은 호염성 미생물의 성장을 가능하게 하여야 한다. 따라서, 본 발명의 조성물은 영양소, 미량 원소 및 임의적으로 기질을 충분한 양으로, 즉, 성장을 가능하게 할 양으로 포함하여야 한다.

본 발명의 조성물은 바람직하게는 생물반응기에 포함된다. 따라서, 본 발명은 또한 본 발명의 조성물을 포함하는 생물반응기에 관한 것이다. 용어 "생물반응기"는 관련 기술분야에 널리 공지되어 있으며, 바람직하게는 그 안의 조건이 본원에 언급된 바와 같은 적어도 1종의 오염물의 함량의 감소를 허용하도록 엄밀히 제어되는 시스템을 지칭한다. 한 실시양태에서, 상기 생물반응기는 교반 탱크 반응기이다. 추가의 실시양태에서, 생물반응기는 에어리프트 반응기이다. 또 다른 추가의 실시양태에서, 생물반응기는 기포 칼럼 반응기이다. 바람직하게는, 생물반응기는 비-부식성 재료 예컨대 스테인레스 스틸, 보로실리케이트 유리, 또는 플라스틱 (예를 들어 폴리술폰 (PSU), 폴리에테르에테르케톤 (PEEK), 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF))으로 만들어진다.

본원에서 상기 주어진 정의는 바람직하게는 필요한 변경을 가하여 하기에 적용된다.

따라서, 추가로 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 알칼리 황산염을 포함하는 폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다:

(a) 알칼리 황산염을 포함하는 폐수를 수득하거나 또는 제공하는 단계,

(b) 상기 폐수를 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포와 접촉시키며, 그에 의해 본 발명의 수성 조성물을 생성하는 단계, 및

(c) 상기 수성 조성물을 폐수의 처리를 가능하게 하는 조건 하에 인큐베이션하는 단계.

바람직한 실시양태에서, 방법은 처리된 (인큐베이션된) 수성 조성물, 즉, 단계 (c)를 수행한 후에 수득된 폐수를 전기분해에 적용하는 단계 (d)를 추가로 포함한다.

알칼리 황산염이 황산나트륨이라면, NaOH, 황산, 산소 및 수소가 상기 전기분해에 의해 생성될 수 있다.

따라서, 추가로 본 발명은 하기 단계를 포함하는, NaOH, 황산, 산소 및 수소를 생산하는 방법에 관한 것이다:

(a) 황산나트륨을 포함하는 폐수를 수득하거나 또는 제공하는 단계,

(b) 상기 폐수를 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포와 접촉시키며, 그에 의해 본 발명의 수성 조성물을 생성하는 단계, 및

(c) 상기 수성 조성물을 폐수의 처리를 가능하게 하는 조건 하에 인큐베이션하는 단계, 및

(d) 인큐베이션된 수성 조성물을 전기분해에 적용하여, 그에 의해 NaOH, 황산, 산소 및 수소를 생산하는 단계.

처리된 폐수를 전기분해에 적용하기 전에, 세포가 처리된 폐수로부터 분리되어, 처리된 폐수의 여액이 수득될 수 있다. 따라서, 단계 d)는 처리된 폐수로부터 세포를 분리하여 처리된 폐수의 여액을 수득하고, 처리된 폐수의 수득된 여액을 전기분해에 적용하는 것을 포함할 수 있다.

용어 "폐수의 처리"는 바람직하게는 폐수의 총 유기 탄소 함량의 감소 및/또는 특정한 유기 오염물, 특히 포르메이트, 아닐린 및 페놀의 감소를 지칭한다. 단계 d)가 수행된다면, 이 용어는 바람직하게는 폐수의 알칼리 황산염 함량, 예를 들어 황산나트륨 함량의 감소를 추가로 포함한다. 본원에 사용된 용어 "감소"는 (TOC 함량, 특정한 유기 오염물의 함량 및/또는 황산나트륨의 함량의) 유의한 감소를 지칭할 것이다. 바람직하게는, 이 용어는 단계 b)에서 생성된 조성물에 존재하는 TOC 함량, 특정한 유기 오염물의 함량 및/또는 황산나트륨의 함량의 적어도 30%, 적어도 50%, 적어도 70% 또는 특히 적어도 90% 또는 적어도 95%의 감소를 나타낸다. 따라서, 함량은 적어도 30%, 적어도 50%, 적어도 70% 또는 특히 적어도 90% 또는 적어도 95%만큼 감소될 것이다.

여기서 제시된 2-단계 공정은 특히 황산나트륨 풍부 폐수의 재생을 가능하게 한다. 공정의 단계 a) 내지 c)가 폐수로부터 유기 불순물을 제거하는 목적을 갖는 반면, 단계 d)는 폐수로부터 황산 및 수산화나트륨을 회수한다. 사전 생물학적 처리의 부재 하에서는, 산업 폐수로부터의 유기 성분이 매우 신속히 막 오손을 유발할 것이다. 그 결과 전력 소비가 뚜렷하게 증가할 것이고 나트륨 이온의 이동은 저하될 것이다. 시스템의 고빈도의 퍼징이 필요할 것이다. 따라서, 황산염 풍부 폐수의 효율적인 재생이 달성될 수 있다.

상기 언급된 방법의 단계 b)에서, 폐수는 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포와 접촉된다. 바람직하게는, 세포는 세포를 폐수와 혼합함으로써 (예를 들어 생물반응기에서) 폐수와 접촉된다.

폐수를 세포와 접촉시킴으로써, 상기 정의된 바와 같은 본 발명의 조성물이 생성된다. 폐수의 조성에 따라, 단계 b)는 조성물에 추가의 성분을 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 기질, 영양소 및/또는 미량 원소가 조성물에 첨가된다.

폐수를 세포와 접촉시킨 후에 (또한 임의적으로 조성물에 충분한 양의 기질, 영양소 및/또는 미량 원소를 첨가한 후에), 생성된 조성물은 폐수의 처리, 즉, TOC 함량 및/또는 특정한 유기 오염물 예컨대 포르메이트 및 페놀 함량의 감소를 가능하게 하기 위해 인큐베이션된다. 조성물의 인큐베이션은 적합한 조건 하에, 즉, 본원에 언급된 바와 같은 상기 호염성 미생물의 세포에 의한 TOC 함량 및/또는 특정한 유기 오염물 함량의 감소를 가능하게 하는 조건 하에 수행되어야 한다. 바람직하게는, 인큐베이션은 생물반응기에서 수행된다.

용어 "상기 수성 조성물을 폐수의 처리를 가능하게 하는 조건 하에 인큐베이션하는"은 통상의 기술자에 의해 잘 이해된다. 본 발명의 방법의 단계 c)에서 제시된 바와 같은 폐수의 처리는 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포의 활성에 의해 달성된다. 통상의 기술자에 의해 이해될 것처럼, 이러한 세포는 활성이기 위해 특정 조건을 요구한다. 예를 들어, pH 값 또는 온도가 특정 범위 내에 있어야 한다. 추가로, 산소의 존재가 요구될 수도 있다. 더욱이, 영양소가 존재하여야 할 수도 있다. 적합한 조건의 확립은 통상의 기술자에 의해 그 이상의 어려움 없이 수행될 수 있다. 추가로, 세포가 활성인지 또는 그렇지 않은지를 사정하는 것은 일상적이다.

바람직한 pH 값 및 온도가 본원 하기에 주어진다.

바람직하게는, 단계 c)에서의 인큐베이션은 18℃ 내지 55℃의 온도에서, 보다 바람직하게는 25℃ 내지 45℃의 온도에서, 보다 더 바람직하게는 30℃ 내지 40℃의 온도에서, 가장 바람직하게는 35℃ 내지 40℃의 온도에서 수행된다. 최적의 온도는 37℃이다.

바람직하게는, 단계 c)에서의 인큐베이션은 4.0 내지 9.0 범위, 보다 바람직하게는 6.0 내지 8.2 범위, 보다 더 바람직하게는 6.2 내지 7.6 범위, 가장 바람직하게는 6.8 내지 7.4 범위의 pH 값에서 수행된다. 최적의 pH 값은 7.2이다.

처리될 폐수의 pH 값에 따라, 폐수는 중화될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 폐수를 상기 나타낸 바와 같은 pH 값, 예를 들어 4.0 내지 9.0 범위의 pH 값으로 가공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이 단계는 바람직하게는 세포를 물과 접촉시키기 전에 수행된다. 한 실시양태에서, 폐수는 중화 작용제를 폐수에 첨가함으로써 본원에 명시된 바와 같은 pH 값으로 가공된다.

추가로, 공정은 호기성 조건 하에 수행되어야 한다. 바람직하게는, 호기성 조건은 공기 또는 정제된 산소를 생물반응기에 도입함으로써 유지된다.

인큐베이션 단계 c)를 수행한 후에, 수득된 폐수 (즉, 처리된 폐수)는 폐기될 수 있거나 또는 추가의 단계에 적용될 수 있다.

본 발명의 방법의 한 실시양태에서, 세포가 처리된 폐수로부터 분리되어, 처리된 폐수의 여액이 수득된다. 폐수로부터의 세포의 분리는 관련 기술분야에 널리 공지된 방법에 의해 달성될 수 있다. 한 실시양태에서, 세포는 원심분리에 의해 폐수로부터 분리된다. 추가의 실시양태에서, 세포는 경사분리에 의해 폐수로부터 분리된다. 또 다른 추가의 실시양태에서, 세포는 침강에 의해 폐수로부터 분리된다. 특히 바람직한 실시양태에서, 세포는 여과에 의해 처리된 폐수로부터 분리된다. 바람직하게는, 여과는 막 여과이다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 방법은 처리된 폐수의 수득된 여액을 농축시키는 단계를 추가로 포함한다. 이 단계는 처리된 폐수의 알칼리 황산염 농도, 예를 들어 황산나트륨 농도를 증가시킬 것이며, 즉, 처리된 폐수 중에서 황산나트륨이 상향-농축된다.

분리 단계 및 농축 단계는 바람직하게는 처리된 폐수를 전기분해에 적용하기 전에 수행된다.

추가로, 본 발명의 방법의 단계 c)에서 수득된 처리된 폐수, 처리된 폐수의 수득된 여액, 또는 농축된 여액은 추가의 정제 단계에 적용될 수 있다. 본 발명의 방법의 한 실시양태에서, 방법은 무기 성분의 제거를 추가로 포함한다. 상기 무기 성분은 바람직하게는 미량 원소 및/또는 배지 성분의 염이다. 추가의 정제 단계는 단계 c)에서 수득된 처리된 폐수, 처리된 폐수의 수득된 여액, 또는 농축된 여액을 알칼리 황산염 전기분해, 예를 들어 황산나트륨 전기분해에 적용하기 전에 수행되어야 한다.

알칼리 황산염 전기분해를 수행하는 방법은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다 (참조: 예를 들어 문헌 [ULLMANN'S Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012, Vol. 33, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, p. 383-397; DOI: 10.1002/14356007.a24_355]). 황산나트륨의 전기분해는 하기 전체 반응에 따라 실시된다:

2 Na₂SO₄ + 6 H₂O → H₂SO₄ + 4 NaOH + 2H₂ + O₂

한 실시양태에서, 전기분해 셀은 이온-교환 막에 의해 분리된, 2개의 구획으로 분할된다. 애노드에서, 물이 양성자 및 산소로 산화된다. 나트륨 이온은 전기장의 작용 하에 이온-교환 막을 지나 캐소드 공간으로 이동한다. 캐소드 쪽에서 물이 히드록시드 이온 및 수소로 전기화학적으로 환원된다. 그 결과 황산 및 산소가 애노드 공간에서 형성되고, 수소가 캐소드 공간에서 수산화나트륨과 함께 형성된다.

또 다른 실시양태에서, 전기분해 셀은 3개의 구획으로 분할된다. 이러한 경우에, 여액 또는 여액의 농축물은, 한 쪽에서 음이온 교환 막을 통해 애노드 공간에 연결되어 있고 다른 쪽에서 양이온 교환 막을 통해 캐소드 공간에 연결되어 있는 구획으로 공급된다. 그 결과 생성물은 보다 높은 순도 및 보다 높은 농도로 추출될 수 있다.

또 다른 실시양태에서, 캐소드는 산소 탈분극 캐소드이다. 이러한 경우에 황산나트륨의 전기분해는 하기 전체 반응에 따라 실시된다:

2 Na₂SO₄ + 4 H₂O → H₂SO₄ + 4 NaOH

도면에서:
도 1. 150 g/L NaCl 및 x% Na₂SO₄가 함유된 배지 상에서의 HFX의 성장. 바이오매스 농도에 대한 척도로서의 600 nm에서의 광학 밀도 (OD). 실험은 삼중으로 수행되었다 (플라스크 1-3). 바이오매스의 형성은 모든 경우에 관찰될 수 있었다. 황산염의 첨가는 50 g/L Na₂SO₄까지 바이오매스 성장에 긍정적인 영향을 미쳤다. 재현성은 높았다.
도 2: Na₂SO₄가 부분적으로 보충된 NaCl이 함유된 배지 상에서의 HFX의 성장. 바이오매스 농도에 대한 척도로서의 600 nm에서의 광학 밀도 (OD). 실험은 삼중으로 수행되었다 (플라스크 1-3). 바이오매스의 형성은 모든 경우에 관찰될 수 있었다. 황산염의 첨가는 75 g/L NaCl + 91.2 g/L Na₂SO₄까지 바이오매스 성장에 긍정적인 영향을 미쳤다. 재현성은 높았다.
도 3. 배지 중의 염 농도에 따른 글리세롤 농도. 92 h 배양 시간에 5 g/L 글리세롤의 첨가. 참조 (150 g/L NaCl + 0 g/L Na₂SO₄)에서가 아닌, 황산나트륨을 함유하는 진탕 플라스크에서의 글리세롤의 최고 분해.
도 4. 배지 중의 염 농도에 따른 포르메이트 감소. 농도에서의 차이는 시작 값에 대비된 것이었다. 포르메이트 농도의 저하가 모든 진탕 플라스크에서 측정될 수 있었다.
도 5. 배지 중의 염 농도에 따른 페놀 감소. 농도에서의 차이는 시작 값에 대비된 것이었다. 페놀 농도의 저하는 NaCl에 의해 저해되었다. NaCl 농도가 낮을수록 페놀 분해가 높아졌다.
도 6. 50-400 g/L Na₂SO₄ 또는 170 g/L NaCl (참조)에서의 배양 시작 (0시간)과 종료 (95.5시간) 사이의 광학 밀도 차이. 600 nm에서의 광학 밀도 (OD)가 바이오매스 농도에 대한 척도로서 사용된다. ΔOD₆₀₀은 시작 농도에 대비하여 % 단위로 상대 값을 얻은 것이었다. 실험은 이중 결정으로 수행되었다. 황산나트륨은 50-250 g/L Na₂SO₄에서 바이오매스 성장에 긍정적인 영향을 미쳤다. 재현성은 높았다.
도 7. 염 농도에 따른 0 내지 95.5시간에서의 글리세롤 분해. Δc는 시작 농도에 대비하여 % 단위로 상대 분해를 얻은 것이었다. 실험은 이중 결정으로 수행되었다. 100-150 g/L 황산나트륨을 함유하는 진탕 플라스크에서의 글리세롤의 최고 분해.
도 8. 염 농도에 따른 98.5 내지 146시간에서의 페놀 분해. Δc는 시작 농도에 대비하여 % 단위로 상대 분해를 얻은 것이었다. 100 g/L 황산나트륨을 함유하는 진탕 플라스크에서 페놀의 최고 분해가 확인되었다.

본 명세서에 인용된 모든 참고문헌은 그의 전체 개시 내용 및 본 명세서에서 구체적으로 언급된 개시 내용과 관련하여 본원에 참조로 포함된다.

하기 실시예는 본 발명을 단지 예시할 것이다. 이러한 실시예는 어떠한 것도 본 발명의 범주를 제한하는 방식으로 해석되어서는 안된다.

예시적 실시양태

실시예 1: 염화나트륨과의 조합 하에서의 황산나트륨에 대한 내성

할로페락스 메디테라네이 (DSM 1411)는 성장을 위해 최소 140 g/L의 NaCl을 요구하는 극호염성 고세균이다. 최적의 성장은 170 g/L의 NaCl 농도에서 보고된다. 본 실시예에 기재된 실험은 하기 질문에 답해야 한다:

1) HFX가 고농도의 황산나트륨에 대해 내성을 가질 수 있는가?

2) 배지 중의 염화나트륨이 황산나트륨에 의해 부분적으로 대체될 때, HFX가 유기 성분을 분해할 수 있는가?

3) HFX가 황산염 풍부 폐수 중에서 글리세롤, 페놀 및 포르메이트 성분을 분해할 수 있는가?

실험의 파트 1)을 위해, HFX를 150 g/L의 염화나트륨 및 0 내지 100 g/L 농도의 황산나트륨을 함유하는 배지 중에서 배양하였다. 파트 2)에서는 배지 중의 염화나트륨을 황산나트륨으로 대체하였다. Na₂SO₄가 2개의 나트륨 분자를 함유하기 때문에, NaCl의 mol당 0.5 mol의 Na₂SO₄에 의해 대체되었다. 파트 1) 및 2)에서 글리세롤이 기질로서 사용된다. 글리세롤 농도가 세포 대사에 의해 저하될 때, 성공적인 TOC 감소가 제시된다. 파트 3)에서는 페놀 및 포르메이트 성분을 펄스로서 진탕 플라스크에 첨가하였다. HPLC 분석은 6일의 기간에 걸쳐서 성분의 분해를 제시하여야 한다.

모든 실험을 위한 기초 배지는 하기 성분을 함유하였다: KCl 1.66 g/L, NH₄Cl 1.5 g/L, KH₂PO₄ 0.15 g/L, MgCl₂.6H₂O 1.3 g/L, MgSO₄.7H₂O 1.1 g/L, FeCl₃ 0.005 g/L, CaCl₂.2H₂O 0.55 g/L, KBr 0.5 g/L, Mn 스톡 3ml 및 미량 원소 1 ml. pH는 7.0으로 조정하였다. 미량 원소는 Fe, Cu, Mn, Co, Zn을 함유하였다. 염화나트륨 및 황산나트륨을 실험의 설명에 따라 배지에 첨가하였다. 500 mL 플라스크를 150 mL의 부피로 채우고, 배양 전에 멸균하였다. 진탕-플라스크에 임의의 복합체 탄소 또는 질소 공급원 또는 황산나트륨을 함유하지 않는 30 mL 예비배양물을 접종하였다. 접종물에서 임의의 잔류 탄소 공급원을 제거하였다. 세포를 180 rpm 및 37℃의 실험실 인큐베이터 (인포스(Infors), 스위스 소재)에서 성장시켰다. 실험 1 및 2는 배지만을 가지며 세포를 갖지 않는 대조군 실험과 함께 삼중으로 수행하였다.

HFX가 고농도의 황산나트륨에 대해 내성을 가질 수 있는가?

결과는 HFX가 기질 글리세롤 상에서 0 내지 100 g/L의 황산나트륨 농도에서 성장할 수 있음을 제시한다 (도 1 참조). 놀랍게도, 바이오매스 농도에 대한 척도로서의 OD는 150 g/L NaCl 및 50 g/L Na₂SO₄를 사용한 실험에서 가장 높다. 이는 유기체의 성장이 황산염의 첨가에 의해 촉진된다는 것을 나타낸다. 결과는 배지 중의 글리세롤의 측정에 의해 뒷받침된다 (도 3 참조). 삼중 결과는 본 실험 파트 1에 대한 높은 재현성을 제시하였다.

배지 중의 염화나트륨이 황산나트륨에 의해 부분적으로 대체될 때, HFX가 유기 성분을 분해할 수 있는가?

결과는 염화나트륨이 황산나트륨에 의해 100% 이하로 대체된 배지 중에서 HFX가 성장할 수 있음을 제시한다 (도 2 참조). 놀랍게도, 바이오매스 농도에 대한 척도로서의 OD는 75 g/L NaCl 및 91.2 g/L Na₂SO₄를 사용한 실험에서 가장 높으며, 따라서 150 g/L NaCl을 사용한 참조보다 더 높다. 이는 유기체의 성장이 황산염의 첨가에 의해 촉진된다는 것을 나타낸다. 결과는 배지 중의 글리세롤의 측정에 의해 뒷받침된다 (도 3 참조). 삼중 결과는 실험 파트 2에 대한 높은 재현성을 제시하였다.

글리세롤 측정으로부터의 결과는 놀랍게도 HFX가 황산나트륨을 함유하지만 염화나트륨은 없는 배지 중에서 유기 성분을 분해할 수 있음을 제시한다.

HFX가 황산염 풍부 폐수 중에서 글리세롤, 페놀 및 포르메이트 성분을 분해할 수 있는가?

글리세롤의 분해는 실험 파트 1) 및 2)에서 제시되었다. 페놀 및 포르메이트의 분해를 위해, 이들 물질을 접종 92 h 후에 펄스로서 진탕 플라스크에 첨가하였다. 선행 연구는 제2 기질이 첨가되었을 때 페놀 및 포르메이트의 제거가 보다 효과적임을 제시하였다. 이러한 이유로 펄스는 5 g/L 글리세롤 + 0.1 g/L 페놀 또는 5 g/L 글리세롤 + 1.5 g/L 포름산나트륨이었다. 실험 파트 3)으로부터의 결과는 포르메이트 및 페놀이 둘 다 HFX에 의해 황산염 풍부 폐수 중에서 분해될 수 있음을 제시하였다 (도 4 및 5 참조). 따라서 극호염성 고세균은 글리세롤 및 포르메이트 또는 글리세롤 및 페놀의 동시 분해를 제시하였다. 놀랍게도, 페놀의 분해가 NaCl에 의해 억제되는 것이 관찰될 수 있었다. 페놀 농도가 150 g/L NaCl + x g/L Na₂SO₄를 함유하는 배지 중에서 약간만 감소될 수 있었던 반면, NaCl이 Na₂SO₄에 의해 대체되었을 때는 페놀이 상당히 분해되었다. 놀랍게도, 페놀의 최고 분해는 182.3 g/L Na₂SO₄를 가지며 NaCl이 없는 배지에서 제시되었다 (도 5 참조).

실시예 2: 배지 중의 황산나트륨 농도의 변동

1) 할로페락스 메디테라네이가 임의의 NaCl 없이 고농도의 50 - 400 g/L 황산나트륨에 대해 내성을 가질 수 있는가?

2) HFX가 임의의 NaCl 없이 황산나트륨 풍부 배지 중에서 유기 성분 (예를 들어 글리세롤, 페놀)을 분해할 수 있는가?

실험의 파트 1)을 위해, 염화나트륨 대신에 상이한 농도의 황산나트륨을 합성 HFX 배지에 첨가하였다. 37℃에서의 최대 용해도가 480 g/L이기 때문에, 황산나트륨은 50-400 g/L의 농도로 첨가되었다. 글리세롤을 2 g/L의 농도로 탄소 공급원으로서 사용하였다. 글리세롤 농도가 5일의 배양 동안 세포 대사에 의해 저하될 때, 성공적인 TOC 감소가 제시된다.

글리세롤이 96시간에 완전히 분해되었을 때, 모든 이중 결정의 1개의 진탕 플라스크를 제2 기질로서 0.1 g/L 페놀 및 2 g/L 글리세롤로 펄싱하였다. 제2 진탕 플라스크는 2 g/L 글리세롤로 펄싱하였다. HPLC 분석은 2일의 기간에 걸쳐서 성분의 분해를 제시하여야 한다. 이들 파트 둘 다에서 진탕 플라스크의 pH는 24시간마다 1 M NaOH를 사용하여 조정하였다.

모든 실험을 위한 기초 배지는 하기 성분을 함유하였다: KCl 1.66 g/L, NH₄Cl 1.5 g/L, KH₂PO₄ 0.15 g/L, MgCl₂.6H₂O 1.3 g/L, MgSO₄.7H₂O 1.1 g/L, FeCl₃ 0.005 g/L, CaCl₂.2H₂O 0.55 g/L, KBr 0.5 g/L, Mn 스톡 3ml 및 미량 원소 1 ml. pH는 7.0으로 조정하였다. 미량 원소는 Fe, Cu, Mn, Co, Zn을 함유하였다. 염화나트륨 및 황산나트륨을 실험의 설명에 따라 배지에 첨가하였다. 500 mL 플라스크를 150 mL의 부피로 채우고, 배양 전에 멸균하였다. 각각의 진탕-플라스크에 17의 OD를 갖는 4.5 ml 예비배양물을 접종하여, 0.5의 초기 OD를 초래하였다. 예비배양물은 임의의 복합체 탄소 또는 질소 공급원을 함유하지 않았다. 예비배양물은 91 g/L 황산나트륨 및 75 g/L 염화나트륨을 함유하여, 진탕 플라스크에서 0.34 및 0.28 g/L의 추가 황산나트륨 및 염화나트륨 농도를 초래하였다. 접종물에서 임의의 잔류 탄소 공급원을 제거하였다. 세포를 180 rpm 및 37℃의 실험실 인큐베이터 (인포스, 스위스 소재)에서 성장시켰다. 실험 1 및 2는 170 g/L 염화나트륨 배지를 사용한 참조 실험 및 세포 없이 150 g/L 황산나트륨 배지를 사용한 대조군 실험과 함께 이중 결정으로 수행하였다.

할로페락스 메디테라네이 (HFX)가 임의의 NaCl 없이 고농도의 50 - 400 g/L 황산나트륨에 대해 내성을 가질 수 있는가?

결과는 HFX가 기질 글리세롤 상에서 임의의 염화나트륨 없이 50-250 g/L의 황산나트륨 농도에서 성장할 수 있음을 제시한다 (도 6 참조). 결과는 배지 중의 글리세롤의 측정에 의해 뒷받침된다 (도 7 참조). 놀랍게도, HFX는 170 g/L NaCl이 함유된 참조에서보다, 50-150 g/L Na₂SO₄가 함유된 배지 중에서 훨씬 잘 성장하였다. 이전 실험과 마찬가지로, 이는 유기체의 성장이 황산염의 첨가에 의해 촉진된다는 것을 다시 나타낸다.

HFX가 임의의 NaCl 없이 황산나트륨 풍부 배지 중에서 유기 성분 (예를 들어 글리세롤, 페놀)을 분해할 수 있는가?

글리세롤의 분해는 실험 파트 1)에서 제시되었다. 100% 글리세롤 분해가 100 및 150 g/L Na₂SO₄에서 확인되었다 (도 7 참조).

놀랍게도, 페놀 농도가 170 g/L NaCl을 함유하는 배지 중에서 약간만 감소될 수 있었던 반면, NaCl이 100 g/L Na₂SO₄에 의해 대체되었을 때는 페놀이 완전히 분해된 것으로 관찰될 수 있었다 (도면 참조). 결과는 NaCl이 배지 중에 함유될 때 페놀 분해가 억제된다는 것을 나타낸다.

인용 문헌

Claims (15)

1. 하기를 포함하는 수성 조성물로서:
   (a) 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포, 및
   (b) 알칼리 황산염
   여기서 수성 조성물 중의 알칼리 황산염의 농도는 수성 조성물의 총 부피를 기준으로 하여 적어도 30 g/l인
   수성 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 수성 조성물이 적어도 50 g/l의 농도로 알칼리 황산염을 포함하고, 특히 상기 수성 조성물이 수성 조성물의 총 부피를 기준으로 하여 100 g/l 내지 150 g/l의 농도로 알칼리 황산염을 포함하는 것인 수성 조성물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알칼리 황산염이 황산나트륨 (Na₂SO₄), 황산리튬 (Li₂SO₄), 또는 황산칼륨 (K₂SO₄)이고, 특히 상기 알칼리 황산염이 황산나트륨인 수성 조성물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 호염성 미생물이 호염성 고세균이고, 특히 호염성 고세균이 할로박테리아시이(Halobacteriaceae) 과에 속하는 것이고, 특히 호염성 고세균이 할로페락스(Haloferax) 속에 속하는 것인 수성 조성물.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 호염성 미생물이 할로페락스 메디테라네이(Haloferax mediterranei)인 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 수성 조성물이 적어도 1종의 유기 오염물을 추가로 포함하는 것인 수성 조성물.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물이 적어도 50 mg/l의 총 유기 탄소 함량 (TOC)을 갖는 것인 수성 조성물.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 유기 오염물이 포르메이트, 페놀, 및 아닐린으로부터 선택되는 것인 수성 조성물.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 호염성 미생물이 수성 조성물 중에서 성장하고 있는 것인 수성 조성물.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 수성 조성물이 유기 화합물을 포함하는 폐수, 부분적으로는 화학적 또는 생물학적 생산 공정으로부터 유래하는 폐수인 수성 조성물.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 수성 조성물을 포함하는 생물반응기.
12. 하기 단계를 포함하는, 알칼리 황산염을 포함하는 폐수를 처리하는 방법:
    (a) 알칼리 황산염을 포함하는 폐수를 수득하거나 또는 제공하는 단계,
    (b) 상기 폐수를 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포와 접촉시키며, 그에 의해 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 수성 조성물을 생성하는 단계, 및
    (c) 상기 수성 조성물을 폐수의 처리를 가능하게 하는 조건 하에 인큐베이션하는 단계.
13. 제12항에 있어서, 폐수의 처리가 상기 폐수의 총 유기물 함량의 감소 및/또는 상기 폐수에 포함된 적어도 1종의 유기 오염물의 양의 감소를 포함하는 것인 방법.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 처리된 폐수로부터 세포를 분리하여 처리된 폐수의 여액을 수득하고, 처리된 폐수의 수득된 여액을 알칼리 황산염 전기분해, 특히 황산나트륨 전기분해에 적용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
15. 폐수의 총 유기 탄소 함량 및/또는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 수성 조성물 중의 적어도 1종의 유기 오염물의 양을 감소시키기 위한, 호염성 미생물의 적어도 1종의 균주의 세포의 용도.

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